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Regelverfahren und danach arbeitende Regeleinrichtung für
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landwirtschaftlich nutzbare Zugfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
Regelverfahren und eine danach arbeitende Regeleinrichtung für landwirtschaftlich
nutzbare Zugfahrzeuge mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 wiedergegebenen
Merkmalen.
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In der DE-OS 32 35 818 ist eine Regeleinrichtung zum Regeln der Arbeitstiefe
eines von einem Schlepper gezogenen Anbãupfluges beschriehen, die einer solchen
Regeleinrichtung entspricht. Die Arbeitsweise der bekannten Regeleinrichtung ist
Folgendermaßen: Während des Pflügens wird mittels geeigneter Meßwertgeber ständig
der aus dem Arbeitswiderstand resultierende Schlupf der Antriebsräder relativ zum
befahrenen Gelände ermittelt.
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Solange dieser einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, wird
die Arbeitstiefe des Anbaupfluges durch die Tiefenregelung weitgehend konstant gehalten.
Als Metwert für die Regelgröße "Arbeitstiefe des Anbaupfluges" dient die relative
Lage des den Anbaupf'ug am hinteren Endbereich gegen den Boden abstützenden Stützrades
zum Rahmen des Anbaupfluges, mithin die Arbeitstiefe selbst. Übersteigt jedoch der
gemessene Radschlupf den gegebenen Grenzwert, so wird anstelle der Arbaitstiafa
für die Regelgröße der Radschlupf verwendet. Da dessen augenblicklicher Istwert
den durch die Vorgabe des Grenzwertes definierten Schlupfsollwert überschritten
hat, wird der Anbaupflug soweit angehoben, bis der Radschlupf im
Verlauf
des weiteren Pflügens unter den Grenzwert abfällt.
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Sinkt bei sich normalisierenden Untergrund der Radschlupf um einen
bestimmten Betrag unter den Grenzwert, so wird als Regelgröße der Radschlupf wieder
durch die Arbeitstiefe abgelöst.
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Die Sollwerte für diE Arbeitstiefe des Anbaupfluges und den Grenzwert
des Radschlupfes müssen bei der bekannten Regeleinrichtung von dem Fahrer des Schleppers
unmittelbar vor Arbeitsbeginn an einem Bedienteil eingegeben werden. Dsbai ist insbesondere
die richtige Einstellung des Grenzwertes schwierig, weil der GrenzwErt in einer
gawissan Abhängigkeit von dem hei Pflügen akzeptierte mittleren Radschlupf stehet.
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Dieser ist vom Fahrer in wo tun Grenzen durch Variieren der Antriebsleistung
des Schleppers beeinflußbar. Unter üblichen Pflugbedingungen liegt er in einem Bereich
von ca. 10 N bis 25 % Radschlupf, wobei aber nicht selten Abweichungen nach oben
auftreten. Über die tatsächliche Größe des Radschlupfes hat der Fahrer keine hinreichend
genaue Vorstellung. Hinzu kommt, daß der mittlere Radschlupf selbst beim Pflügen
kleinerer Schläge, durch unterschiedliche Bodenverhältnisse bedingt, stark differieren
kann. Aus diesem Grunde ist der Fahrer gezwungen, den Grenzschlupf von vornherein
auf einen relativ hohen Wert einzustellen, so daß dieser mit Sicherheit oberhalb
eines jeden unter den gegebenen Arbeitsbedingungen zu erwartenden mittleren Radschlupfes
liegt. Bai einem zu geringen Abstand zwischen Soll- und Istwert bzw. bei laufender
Überschreitung des Sollwerts würde sich anderenfalls dauerhaft die Arbeitstiefe
des Pflugs ändern. Dies ist ein nicht gewollter Effekt. Daraus ergibt sich aber,
daß beim Regeln nach
dem bekannten Verfahren lediglich extreme Radschlupfwarte
korrigiert werden, während der Großteil der Radschlupfschwankungan unbeeinflußt
bleiben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem aufgezeigten Stand
der Technik ein Regelverfahren für Regeleinrichtungen der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, welches den Fahrer davon entlastet, den Schlupfgrenzwert herausfinden
und einstellen zu müssen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 beschrieben.
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Die vollkommen seltsttätige Bildung des G-enzwertes anhand des in
der Vergangenheit aufgetretenen mittleren Radscnlupfs erlaubt es nicht nur dem Fahrer,
sich besser auf die Führung des Schleppers zu konzentrieren, sondern ermöglicht
es auch, die Differenz zwischen dem Grenzwert und dem mittleren Radschlupf wesentlich
kleiner als bisher zu halten, ohne es deshalb zu einem vermehrten Ansprechen der
Schlupfbegrenzung mit der Folge einer reduzierten Arbeitstiefe kommen zu lassen.
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Wegen der Anpassung des Grenzwertes auch an einen sich ändernden mittleren
Radschlupf ist dieser Vorteil selbst bei der Bearbeitung von schwierigen Boden mit
dementsprechend schwankendem mittleren Radschlupf gegeben. In diesem Fall paßt sich
der mittlere Radschlupf den neuen gegebenen Bodenverhältnissen an. Damit ist eine
Bodenbearbeitung mit konstanter Arbeitstiefe bei für die momentanen Bodenverhältnisse
günstigstem Radschlupf erreicht.
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Durch Vorgabe eines maximalen Grenzschlupfes ist es möglich, eine
Anpassung des Grenzschlupfes über einen solchen vorgegebenen Grenzwert hinaus zu
unterbinden.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen
aus den übrigen Ansprüchen hervor. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 Ein Block diagramm des Regelungssystems
einer Braftheber-Anlage eines Schleppers und Fig. 2 ein Diagramm des über die Zeit
aufgatraganen Radschlupfes.
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Das Regelungasystam gemäß Fig. 1 enthält in bekannter Weise einen
Pflug 1, der mittels eines druckbeaufschlagbaren Hraftheberzylinders 2 höhenverstellbar
und damit bezüglich seiner Eindringtiefe in den moden 3 einstellbar ist. Ein Meßglied
für die vom Schlepper aufzubringenden Zugkraft und ein Meßglied für die Lage des
Pfluges 1 relativ zum Schlepper ist mit 4 bzw.
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5 bezeichnet. Beide Meßglieder 4, 5 sind mit einem Mischglied 6 verbunden,
wo ihre Signale zu einem Mischsignal, dessen Mischungsverhältnis M vom Fahrer des
Schleppers einzugeben ist, zusammengefaßt werden. Das als Istwert der Arbeitstiefe
fungierende Mischsignal wird anschließend in einem Mischglied 7 mit einem ebenfalls
vom Fahrer einzugebenden Sollwert FS verglichen. Je nach dem, ob das Mischungssignal
gleich groß ist wie der Solluert oder kleiner oder größer, steuert ein Regler
ein
Steuerventil 9 im Sinne eines Neutralverblelbens oder Anhebens bzw. Absenkens des
Pfluges 1 an.
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Diesem herkömmlichen Regelungssystem st ein Mittelwertbildner 10 für
mittels ansich bekannter Meßgeräte 11, 12, 13 ermittelte Warte des Radschlupfes
SR zugeordnet. Das Meßgerät 11 ermittelt dabei die theoretische Fahrgaschwindigkeit,
z.B.
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anhand der Drehzahl der angetriebenen Schlepperräder, und das Meßgerät
12 die wahre Fahrgeschwindigkcit, z. a. anhand der Drehzahl aines nicht angetriebenen
Schlepparrades. Die Maßwerte beider Deräte 11, 12 werden anschließend einer Redeschaltung
13 zugeführt, wo aus ihnen der augenbliche Radschluof des Schleppers errechnet wird.
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Jeweils aus den während einer bestimmten konstanten Zaitenanne T ermittelten
Radschlupf-Werte wird im Mittelwertbiloner 18 ein gemittelter Schlupfmittelwert
SM für die besagte Zeitspanne T errechnet. Anschließend wird auf Grundlage des errechneten
Schlupfmittelwertes SM in einen dem Mittelwertbildner 10 nachgeschalteten Grenzwertbildner
14 ein zugehöriger Grenzschlupf SG errechnet. Dieser wird in einem Mischglied 15
mit dem zuletzt gemessenen Wert des Radschlupfes SR verglichen. Ist der Radschlupf
SR < SG so arbeitet die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von einem zwischen den
Mischstellen 7, 16 angeordneten Signum-Funktions-Geber 16 auf Grundlage der von
den Meßgliedern 4 und 5 gelieferten Signale in üblicher Weise als Mischregelung.
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Ist dagegen der Radschlupf SR > SG, wird der Signalfluß des Mischgliedes
6 am Mlschglied 7 von einem Signal des Gebers 16 derart überlagert, daß das Steuerventil
S den Kreftheberzylinder 2 im Sinne eines Anhebens des Pfluges 1 ansteuert. Dies
geschieht
solange, bis der Radschlupf SR um ein bestimmtes Maß unterhalb des gerade geltenden
Schlupfgrenzuertes SG liegt. Danach wird wieder die Mischregelung aktiv.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Bestimmung des Grenzschlupfes
SG, bei dessen Überschreiten die Regeleinrichtung durch Anheben des Pfluges eine
Schlupfbegrenzung durchführen soll, am Beispiel des in Fig. 2 gezeigten Diagrammes
erläutern. In diesem ist der gemessene Radschlupf SR über die Zeit t aufgetragen.
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Wie bereits erwähnt, werden die errechneten Werte des Radschlupfes
SR laufend dem mit ausreichend hohem Speicherplatz ausgestatteten Mittelwertbildner
10 zugeführt. Verwertet werden nur die während eines bestimmten, jeweils gerade
zurückliegenden Zeitraums T aufgelaufenen Radschlupf-Werte. Der Zeitraum T läßt
sich anhand von Feldversuchen bestimmen und wurde bei der Auswertung des gezeigten
Sp-Verlaufes zu T = 5 sek angenommen. Bei ausreichend großem Speicherplatz lassen
aich aber auch höhere Zeiträume T verwerten. Während dieser Zeit legt ein Schlepper
beim Pflügen in der Regel etwa 10 m zurück, was in der Größenordnung der Länge des
Gespanns Schlepper - Pflug liegt.
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Im Mittelwertbildner 10 werden die ermittelten Werte des Radschlupfes
So der zurückliegenden T sek während des Pflügen laufend nach der Beziehung
integriert und für den zurückliegenden Zeitraum T geltende Schlupfmittelwert 5M
bestimmt. Daraus wiederum ergibt sich nach Addition eines Grenzbereichwertes G der
Grenzschlupf SG.
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Der Grenzbereichswert G kann dabei eine konstante Größe oder auch
abhängig vom ermittelten Schlupfmittelwert M sein. Für den Fall der vom Schlupfmittelwert
SM abhängigen Größe des Grenzbereichswertes G läßt sich dieser nach folgender Beziehung
ermitteln: G K1 + K2 x SM + K3 x 5M2 wobei R1, 1, K2 und K3 konstante Größen sind,
die für bestimmte Schlepper-Arbeitsger3t-Boden-Systeme festgelegt sind, und R1 immer
positiv, und K2 und K3 positiv oder negativ sein können. Im Diagramm ist strichpunktiert
der Verlauf des Schlupfmittelwertes SM über einen Zeitraum von 14 sek wiedergegeben,
wie er nicht ungewöhnlich ist.
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Der durch Addition eines konstanten Grenzbereichswertes E bestimmte
Grenzschlupf SG1 ist als eine ununterbrochene Linie, dagegen der durch Addition
eines mit dem Schlupfmittelwert SM -veränderlichen Grenzbereichswertes G gewonnene
Grenzschlupf 5G2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Betrachtet man die Kurve des Radschlupfes SR, so ist ein sich von
der 5. bis zur 10. sek erstreckender Zeitraum erkennbar, in welchem Radschlupfschwankungen
von etwa 5 % auftreten. Derartige Radschlupfwerte bei etwa konstantem Schlupfmittelwert
SM haben sich bei Messungen anläßlich von Pflugversuchen auch auf optimalem Boden
als normal herausgestellt. Dies berücksichtigend, ist der Grenzbereichswert G auf
5 % eingestellt. Damit ist ein ausreichender Abstand des Grenzschlupfes SG von dem
Schlupfmittelwert SM gegeben derart, daß die Schlupfregelung einerseits nicht auf
kleinste Radschlupfschwankungen anspricht, andererseits aber den Aufbau von Radschlupfwerten,
die in höherem Maß über den Schlupfmittalwert SM hinausgehen, sofort unterdrückt.
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Am Beispiel der Schlupfspitze nach der vierten sek ist dieser Vorgang
anhand des wahren und theoretischen Verlaufs des Radschlupfes SR dargestellt.
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Auf ungleichmäßigen Böden ist der Schlupfmittelwert SM in der Regel
nicht konstant. Für einen immer schwerer werdenden Boden ist im Schaubild etwa ab
der 7. sek der Verlauf des Radschlupfes SR eingetragen. Die dort erkennbare Tendenz
zum Ansteigen des Radschlupfes SR wird ab der 10. sek von dem Mittelwertbildner
10 durch ein langsames aber stetiges Ansteigen des Schlupfmittelwertes 5M belegt.
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Dementsprechend steigt auch der Verlauf des Grenzschlupfes SG1. Damit
hat sich der Grenzschlupf SG an den allgemeinen Trend des Radachlupfes SR nach einem
höheren Schlupfmittel wert 5M angepaßt. Rauch jetzt werden lediglich solche Radschlupfwerte
durch Ansprechen der Schlupfbegrenzung beeinflußt, die, wie die Werte zwischen der
10. und der 12. sowie der 13. und der 14. sek, den jeweiligen Grenzschlupf SG üDersteigen.
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Wie ersichtlich, ist bei der beschriebenen Arbeitsweise der Schlupfbegrenzung
sichergestellt, daß, unabhängig davon, wie hoch das allgemeine Niveau des Schlupfmittelwertes
jeweils ist, die auftretenden Radschlupfschwankungen auf jeden Fall in der Größenordnung
bleiben, wie sie auch für normale Boden galten.
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Eine manuelle Nachstellung des Grenzschlupfes SG durch den Fahrer
des Schleppers während des Pflügens erübrigt sich daher.
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Wenn im Extremfall der mit einer nach der Erfindung arbeitenden Regeleinrichtung
ausgerüstete Schlepper mit Schlupfwerten größer SG max betrieben wird, was in ganz
eußergewöhnlichen Situationen noch zulässig sein kann, wird das Anbaugerät soweit
ausgehoben, d. h., die Arbeitstiefe soweit verringert, daß sich der Radschlupf auf
den voreingestellten Grenzwert stabilisiert.